Статьи

Мультіфізіческое моделювання в архітектурі

  1. Останні новини: програми для моделювання допомагають архітекторам
  2. Сполучена теплопередача для фасадів будівель
  3. Чому архітектори використовують моделювання?
  4. LiveLink ™ for Revit®
  5. Спробуйте створити модель

Архітектору мало бути просто художником. Нова будівля має володіти не тільки естетично привабливий зовнішній вигляд, але і надійною конструкцією. При проектуванні сучасних будинків велика увага приділяється комфортності навколишнього середовища та енергоефективності. Щоб вирішувати фізичні завдання, що з'являються в міру перетворення концепції будівлі в закінчений проект, архітектори 21-го століття можуть використовувати мультіфізіческое програмне забезпечення.

Останні новини: програми для моделювання допомагають архітекторам

У грудні 2014 року я прочитав статтю BBC, що залучає увагу громадськості до автоматизованого проектування в архітектурі . У статті згадується кілька важливих прикладів моделювання, включаючи розрахунок оригінальної конструкції, створеної Йорн Утзон (Jørn Utzon) для Сіднейського оперного театру, і вивчення взаємодії рідини з конструкцією (силовий вплив на фасад) для будівлі Бурдж-Халіфа в Дубаї. Крім того, в статті наводяться посилання на роботи з гідродинаміки, акустиці і дослідженням мікроклімату.

Сіднейський оперний театр
Сіднейський оперний театр.

З цієї статті зрозуміло, що в архітектурі успішно застосовуються не тільки традиційні програмні пакети для побудови креслень і розрахунку конструкцій. Доповіді учасників, представлені в секції «Моделювання в проектуванні будинків» конференції COMSOL Conference 2014 Cambridge показують, наскільки широкі інтереси сучасних архітекторів при роботі з програмними пакетами для моделювання. Дослідження включали розрахунок масообміну і руху повітряних мас для визначення якості чистих приміщень, акустичний розрахунок звуконепроникних вікон, тепловий розрахунок енергонезалежних будинків і інші приклади.

Сполучена теплопередача для фасадів будівель

Одну з нагород за кращу доповідь на конференції COMSOL 2014 в Кембриджі отримав Кармело Галанте (Carmelo Galante) з компанії Newtecnic (Лондон, Великобританія). Він представив проведені в COMSOL Multiphysics дослідження теплоізоляційних характеристик фасаду, а саме подвійного склопакета, в якому повітряні порожнини також містили «пристрої, що регулюють інсоляцію». По суті, це жалюзі, які можуть відображати частину падаючого сонячного світла. Ви можете дізнатися подробиці його роботи тут .

У своїй роботі Галанте використовував модуль Теплопередача, щоб вивчити всі три механізми перенесення тепла: теплопровідність, конвекцію і випромінювання. Порожнина механічно вентилюється, так що потік текучого середовища може виникати як через вимушену, так і з-за вільної конвекції. На основі розрахунків коефіцієнта теплопередачі, кількісно визначає ефективність теплоізоляції, було оптимізовано число і розташування вхідних і вихідних каналів для примусового течії. Об'єднавши моделювання гідродинамічних і теплових процесів з розрахунком випромінювання в єдиному середовищі чисельного моделювання, він зміг розрахувати взаємодію різних фізичних явищ.

Чому архітектори використовують моделювання?

В Галереї моделей ви можете знайти безліч інших прикладів зі світу архітектури. Багато архітекторів будуть зацікавлені в теплових розрахунках, подібних до тих, які були виконані в згаданій вище роботі і представлені на конференції. Крім того, до складу модуля Теплопередача пакета COMSOL включені кілька прикладів, пов'язаних з будівельною галуззю. В одному з них моделюються теплоізоляційні характеристики вікна і їх залежність від різних варіантів скління.

На малюнку нижче показана конфігурація матеріалів в розсувному вікні, відповідному стандартам ISO, а також профіль температури, розрахований за допомогою COMSOL Multiphysics. Розрахункова величина коефіцієнта теплопередачі 0,65 Вт / (м · К) досить велика через високу теплопровідності алюмінієвої конструкції.

Геометрія розсувного вікна
Геометрія розсувного вікна.

Поле температури в розсувному вікні
Поле температури в розсувному вікні.

Розрахунок механічної надійності конструкції не менш важливий. До складу модуля Геомеханика входить модель бетонної балки, де виконано механічний розрахунок збільшення жорсткості конструкції при використанні сталевої арматури. При цьому бетон вважається нелінійним матеріалом і описується за допомогою емпіричної моделі пластичності Оттосен.

Моя колега Бріджет недавно писала про масштабне дослідження відбивної здатності фасадів і про пов'язаних з нею теплових ефекти, а саме про формування каустичної поверхні через ввігнутої форми скляного фасаду будівлі готелю Vdara® в Лас-Вегасі . У цій роботі аналіз негативних наслідків помилок в проекті побудованого будинку був виконаний за допомогою функції трасування променів модуля Геометрична оптика пакета COMSOL Multiphysics.

Точно так же, як трасування дозволяє вивчати поширення світлових променів і їх відображення від будівель, геометрична акустика придатна для акустичного аналізу за умови, що розмір акустичних порожнин багато більше, ніж довжина звукової хвилі. Ця умова зазвичай виконується для великих приміщень - театрів і концертних залів, акустичні характеристики яких надзвичайно важливі. В Галереї моделей модуля Акустика ви знайдете приклад невеликого концертного залу з розрахованими імпульсними характеристиками тиску і енергії.

LiveLink ™ for Revit®

У версії 5.0 COMSOL Multiphysics ми представили новий продукт, призначений для об'єднання архітектурних проектів з мультіфізіческім моделюванням - LiveLink ™ for Revit® . Це інструмент інтеграції і інтерфейс, передає елементи проекту з Autodesk® Revit® - провідного програмного забезпечення для створення архітектурних проектів, в середу чисельного моделювання COMSOL Multiphysics.

За допомогою LiveLink ™ for Revit® ви можете синхронізувати геометрію окремих приміщень та інших архітектурних елементів будівлі з вашою моделлю в COMSOL Multiphysics. При необхідності ви можете враховувати в моделі і додаткові фізичні явища, як якщо б геометрія була створена в COMSOL Multiphysics. Вибираючи, які елементи ви включаєте в модель, ви можете добитися високої точності моделювання.

Спробуйте створити модель

Про застосування мультіфізіческого моделювання в архітектурі багато говорять в пресі і науковому співтоваристві, так що ми рекомендуємо вам докладніше вивчити різні архітектурні моделі і завантажити їх з нашої галереї моделей.

Autodesk і Revit є товарними знаками або зареєстрованими товарними знаками Autodesk, Inc., її дочірніх і (або) афілійованих компаній в США і (або) інших країнах.

Чому архітектори використовують моделювання?